Цель работы – ознакомление со свойствами химических элементов, простыми веществами и соединениями бора и алюминия.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для бора и алюминия характерна степень окисления +3, а для таллия +1.

Бор является неметаллом. Его оксид B₂O₃ очень устойчив. При взаимодействии с водой или реагируя с основными оксидами B₂O₃, образует несколько кислотных форм (или соответствующих солей):

Наиболее устойчивым соединением в обычных условиях является ортоборная кислота и Na₂B₄O₄  10H₂O - соль тетраборной кислоты (бура). Соли метаборной кислоты устойчивы при высоких температурах. Обезвоженная бура Na₂B₄O₄ служит флюсом при пайке и сварке цветных металлов, растворяя оксидную пленку на их поверхности с образованием легкоплавких эвтектик метаборатов.

Флюсующими свойствами обладает также трифторид бора B₂F₃, применяемый при сварке и контейнерной пайке, и метиловый эфир ортоборной кислоты. Водородные соединения бора – бораны - малоустойчивы и легко окисляются (используются как добавки к ракетным топливам). Бор способен к комплексообразованию; координационные числа 3 и 4.

Алюминий представляет собой амфотерный элемент, образующий простое вещество с металлическими свойствами. Металл млеет кристаллическую гранецентрированную кубическую решетку, хороший проводник тепла и электрического тока, весьма пластичен. На воздухе алюминий покрывается прочной оксидной пленкой, предохраняющей его от дальнейшей коррозии. Наличие на поверхности алюминия прочного оксида не позволяет осуществить пайку алюминия низкотемпературными припоями (на основе олова). В подобных случаях возможно применение реактивно-флюсовой пайки, основанной на восстановлении металла из флюса, при этом металл становится припоем. Так, при температуре 673 К алюминий вытесняет цинк из расплава соли (флюса) согласно реакции:

Образовавшийся цинк является припоем, соединяющим детали из алюминия.

Алюминий - металл активный. Если с алюминия снять оксидную пленку, он разлагает воду с выделением водорода:

Алюминий вытесняет водород из кислот слабых окислителей HCl, H₂SO_{4 (p)}

Разбавленную азотную кислоту он восстанавливает до N₂O и частично до NH₃:

В концентрированных азотной и серной кислотах он не растворяется, так как образующийся Al₂O₃ не взаимодействует с концентрированными кислотами-окислителями.

Алюминий растворяется в щелочах, образуя гидроксосоли:

При нагревании гидроксосоли теряют воду, переходят в метаалюминаты:

Алюминий является активным восстановителем, что проявляется например, в его взаимодействии с KMnO₄

Гидроксид Al(OH)₃ амфотерен, причем диссоциация c образованием ионов доминирует - константа диссоциации этого процесса во много раз больше, чем при образовании ионов Al³⁺.

В кислой среде Al(OH)₃ образует соли алюминия:

в щелочной среде - алюминаты:

Полностью гидролизованы алюминиевые соли слабых кислот: угольной, сероводородной, синильной

Алюминий способен к комплексообразованию. Для него характерны координационные числа 4 и 6:

Олово и свинец являются представителями 1УА группы периодической системы Д. И. Менделеева.

В виде простых веществ олово в свинец обладают ярко выраженными металлическими свойствами; металличность у свинца выражена сильнее, чем у олова. Оба элемента проявляют степень окисления +2, +4,-4. Олово и свинец химически устойчивы, что обусловлено невысокими отрицательными значениями их электродных потенциалов, а также образованием на их поверхности защитных пленок оксидов и солей.

В мягкой воде при свободном доступе CO₂ и O₂ свинец постепенно растворяется вследствие образования растворимых гидрокарбонатов свинца:

В соляной кислоте Sn и Pb окисляются до Sn²⁺ и Pb²⁺ . Со свинцом эта реакция идет только в концентрированной кислоте и при нагревании, так как образующийся PbCl₂ в холодной кислоте мало растворим:

Разбавленная серная кислота на олово, а особенно на свинец практически не действует вследствие образования пленки из малорастворимых солей PbSO₄, SnSO₄. В концентрированной серной кислоте (80% - ной и выше) Sn и Pb окисляются:

В разбавленной азотной кислоте олово окисляется с образованием следующих продуктов реакции:

В концентрированной азотной кислоте олово образует осадок метаоловянной кислоты:

Олово и свинец с кислородом образуют моноксиды SnO и PbO и диоксиды SnO₂ и PbO₂. В воде оксиды почти нерастворимы, поэтому их гидроксиды получают действием щелочей на растворы соответствующих солей.

Оксиды и гидроксиды олова и свинца амфотерны. Реагируя с избытком раствора щелочи оксиды и гидроксиды этих металлов со степенью окисления +2 образуют соли – гидроксостанниты и гидроксоплюмбиты.

При степени окисления +4 образуют соли – гидроксостаннаты и гидроксоплюмбаты.

Свинец образует кроме оксидов PbO и PbO₂ также смешанные оксиды – Pb₂O₃(PbO  PbO₂) и Pb₃O₄(2PbO  PbO₂) - сурик.

Соли олова (II) легко переходят в соли олова(IV). Для свинца наоборот более устойчивы соли свинца (II).

Соли олова (II) используются в качестве хороших восстановителей в различных средах.

Часто для реакций окисления используются PbO и Pb₃O₄.

В водных растворах соли олова и свинца подвергаются гидролизу.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Опыт № 1 Взаимодействие алюминия с кислотами.

Действуем на кусочки алюминия разбавленными и концентрированными кислотами на холоде и при нагревании. Реакция начинается не сразу, так как сначала разрушается оксидная пленка и только после этого начинается выделение водорода. Азотная кислота, окисляя поверхность алюминия, поддерживает пассивное состояние и с чистым алюминием при низких температурах не взаимодействует.

Кислота	Уравнение реакции		t
HCl		+
H2SO4(p-p)		+
H2SO4	Реакция не идет	-	-
HNO3(p-p)			+

Опыт № 2 Взаимодействие алюминия со щелочами

Кусочек алюминия погружаем в раствор гидроксида натрия. Сначала реакция задерживается из-за растворения оксидной пленки, а затем протекает бурно с выделением водорода и образованием алюмината натрия.

Опыт № 4 Окисление алюминия перманганатом калия.

Раствор перманганата калия подкисляем серной кислотой и вносим немного алюминиевого порошка или мелких стружек. При кипячении раствора наблюдается обесцвечивание KMnO₄.

Опыт № 7 Взаимодействие алюминия с солями меди (II).

Погружаем проволочки алюминия в пробирки с растворами солей меди (II). По ряду напряжений алюминий должен вытеснять медь из ионного состояния, но интенсивность реакции будет различная, и из нитрата медь выделяться не будет, так как оксидная пленка на поверхности алюминия, упрочняясь в окислительной среде, будет этому препятствовать.

Опыт 8. Получение и свойства гидроксида алюминия

а) В пробирку с раствором соли алюминия добавляем по каплям раствор гидроксида натрия. Выпадает белый осадок AlOH₃. Осадок разделяем на две пробирки. К одной из них добавляем кислоты, а к другой - раствор щелочи.

Вывод: Алюминий проявляет амфотерные свойства.

б) К полученному в опыте 8 а) раствору алюмината натрия добавляем кристаллический хлорид аммония. Выпадает белый осадок.

NH₄OH Al(OH)₃

Опыт № 16 Восстановительные свойства Sn²⁺

а) К горячему раствору хлорида железа (III) дольем по каплям раствор хлорида олова (II) до полного обесцвечивания.

б) Раствор соли олова (II) подкислим раствором серной кислоты и добавим раствор перманганата калия.

Опыт № 18 Гидролиз хлорида олова (II)

В пробирку с раствором нейтрального лакмуса (8-10 капель) добавляем немного кристаллов SnCl₂. Происходит образование белого осадка основной соли олова Sn(OH)Cl и изменение цвета индикатора.

Вывод: при гидролизе солей олова продуктом реакции выступает основная соль, а среда реакции является кислой.

Опыт № 21 Получение и свойства гидроксида свинца (II)

К раствору ацетата свинца подольем раствор гидроксида натрия до получения осадка. Осадок разделим на две части и подействуем на них кислотой и щелочью.

Вывод: свинец – амфотерное вещество.

Опыт № 23 Характерная реакция на ион Pb²⁺

К раствору соли свинца добавим раствор йодида калия. Пусть осадок отстоится, а потом сольем из пробирки прозрачную жидкость (декантация). Добавим в пробирку воды и несколько капель уксусной кислоты. Пробирку нагреваем до кипения так, чтобы весь осадок перешел в раствор. После охлаждения выпадают золотистые блестки йодида свинца.

Вывод: PbI₂ растворяется в воде при нагревании.

5